(57)【要約】 【課題】  人工骨材料などに有用なヒドロキシアパタイトが高分子基板の表面に強固に接合した良好な生体適合性結合体を、簡便に形成させる方法を提供する。 【解決手段】  カルシウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液に高分子電解質を添加して生成するヒドロキシアパタイトを含む溶液中に、固体の高分子を浸漬させることにより、その高分子基板の表面にヒドロキシアパタイト被膜を形成させるヒドロキシアパタイトと高分子の結合体の製造方法である。この方法は、ヒドロキシアパタイトを含む溶液にｐＨ調整のバッファー液を添加する必要がなく、高分子に強固に結合したヒドロキシアパタイトを得ることができる。 【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液に高分子電解質を添加して生成するヒドロキシアパタイトを溶解した溶液中に、固体高分子を浸漬させることにより、その高分子の表面にヒドロキシアパタイト被膜を形成させることを特徴とするヒドロキシアパタイトと高分子の結合体の製造方法。
【請求項２】
前記ヒドロキシアパタイト被膜が、高分子上に強固に接合されていることを特徴とする請求項１に記載のヒドロキシアパタイトと高分子の結合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法で得られたヒドロキシアパタイトと高分子の結合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工骨などに利用される高分子の表面に強固に結合したヒドロキシアパタイトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に高分子材料とヒドロキシアパタイトは軽量であるから、高分子とそれと結合したヒドロキシアパタイトの複合体は、或る程度の可撓性と強度を備えていれば、本来、生体適合性を有するために人工骨材料などとして有望なものであり、これらに関する数多くの研究開発が活発に行われている。
高分子材料（基板）とヒドロキシアパタイトの結合体を製造する場合、通常、ヒドロキシアパタイトのみを製造する際に採られる焼結、水熱合成等の方法では、高分子基板を用いているために不適であることから、従来より高分子基板が存在する水中においてヒドロキシアパタイトを析出させる方法が採用されている。
【０００３】
ところが、ヒドロキシアパタイトは水への溶解度が低いために高分子基板の表面に析出させるには、多大な労力と長時間を要するという難点がある。また、高分子基板とヒドロキシアパタイトは強固な物理的あるいは化学的結合を形成している必要があり、単なる混合成型法あるいは表面沈澱法によっては有用な結合体を得ることはできない。
現在、この種の結合体を得る方法としては、カルシウムイオンを含む溶液とリン酸イオンを含む溶液とをそれぞれ別個に設け、それらの両溶液中に高分子基板を交互に浸漬する方法（例えば、非特許文献１参照）が知られているが、高分子基板の浸漬を交互に繰り返す作業と、ｐＨを常に７.４付近に維持させる必要から、バッファ液を添加してｐＨ調整を行うことが不可欠であるという問題がある。
また、カルシウムガラスと体液組成に近い組成のＨＡＰ過飽和溶液（ＳＢＦ：Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｏｄｙ  Ｆｌｕｉｄ）の共存下で高分子基板上に核形成を行った後、次に別個のＳＢＦ中でヒドロキシアパタイトを成長させる方法（例えば、非特許文献２参照）も知られているが、この方法は、２段階反応であること及びその溶液を弱アルカリ側に保持させるためのバッファ液の添加を必要とするなどの問題がある。
【０００４】
これらの従来法で得られる結合体は、生体適合性の観点からは特に問題とはならないとしても、現実の製造段階及び人工骨などの生体材料への利用に適合させる場合には未だ克服すべき課題が存在する。例えば、上記方法ではバッファ液を加えないと、溶液はやや酸性に傾く結果、ヒドロキシアパタイトではなく、主にリン酸カルシウムが生成するという問題点を指摘できるし、さらには溶液組成が析出過程で変化することから、常にヒドロキシアパタイトの生成が保証されているわけではないという問題が発生する。
【０００５】
【非特許文献１】Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ、２２（２００１）ｐ５３−５８
【非特許文献２】日本化学会誌、１９９１、Ｎｏ．１０、ｐ１４５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、人工骨材料などに有用なヒドロキシアパタイトが高分子の表面に強固に接合した良好な生体適合性結合体を、簡便に形成させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、カルシウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液に高分子電解質を添加して生成するヒドロキシアパタイトを含む溶液中に、固体の高分子を浸漬させることにより、その高分子の表面にヒドロキシアパタイト被膜を形成させることを特徴とするヒドロキシアパタイトと高分子の結合体の製造方法である。このヒドロキシアパタイト被膜は、高分子基板と強く結合して形成されているものである。
また、本発明は、上記の方法で得られたヒドロキシアパタイトと高分子の結合体である。     
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、カルシウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液に高分子電解質を添加することにより溶液濃度を高め、一方では高分子表面に核形成の場を提供することになり、従ってその水溶液のｐＨを調整するバッファー液を用いなくても高分子基板の表面に強く結合したヒドロキシアパタイト被膜が形成されるので、ヒドロキシアパタイトと高分子の良好な結合体を簡易に製造できる。また、得られた結合体は、人工骨等の生体材料や骨芽細胞培養用プレートなどに利用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、カルシウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液に高分子電解質を添加することにより、ヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）の過飽和溶液を生成させ、その溶液中に固体の高分子を浸けると、バッファー液によるｐＨ調整をしなくても、その高分子基板の表面にヒドロキシアパタイトが析出してヒドロキシアパタイト被膜と高分子の強固な結合体を得るものである。
【００１０】
本発明では、高分子電解質をカルシウムイオン及びリン酸イオンを含む水溶液に添加すると、水溶液中のイオン活動度が低下するために全体に溶解可能なイオン濃度が上昇し、また水溶液中のＣａとＰの濃度比が一定に保たれた状態でヒドロキシアパタイトの過飽和溶液が生成することから、高分子の表面にヒドロキシアパタイトの核が生成し、その核が成長して生体親和性高分子の表面に強く結合したヒドロキシアパタイト被膜が形成されるものと考えられる。
【００１１】
本発明において、カルシウムイオンを供給するＣａ塩としては、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、フッ化カルシウム、水酸化カルシウムなどが使用可能であるが、原料入手の容易性や経済性、溶解性などを考慮すると塩化カルシウムが望ましい。本発明に用いる水溶液中のＣａ塩濃度は、通常０．１〜１０mMが好ましく、１〜５ｍＭがより好ましい。また、そのＣａ塩の濃度は、他の原料物質であるリン酸塩よりも過剰量が好ましく、より好ましくはリン酸塩の５／３倍程度である。
また、リン酸イオンを供給するリン酸塩としては、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三ナトリウムなどを用いることができるが、安定性、潮解性および水溶液のｐＨなどを考慮した場合、リン酸水素二ナトリウムを用いることが好ましい。
【００１２】
本発明においては、前記両イオンを含む水溶液に高分子電解質を添加した水溶液を調整する。高分子電解質としては、イオン性高分子化合物またはその塩が用いられ、例えば、ポリアニオンとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリスチレンスルホン酸、ポリアスパラギン酸などを用いる。あるいは場合によってはそれらの共重合物を用いることができる。ポリカチオンとしては例えばポリアリルアミン、ポリエチレンイミンなどが用いられる。
【００１３】
高分子電解質の濃度は、水溶液中でＨＡＰが生成して懸濁状態で浮遊し、ＨＡＰ被膜の形成に悪影響を及ぼさない量である。一般的にはポリマーの繰り返し単位濃度で０．０１〜２ｍＭが好ましく、０．０５〜１ｍＭがより好ましい。これ以上の多量を用いた場合でも析出物を得ることは可能であるが、同時に液体中に沈殿物が生成するという問題があるから、必要以上に高濃度のものを用いるのは効率が低い。
【００１４】
上記した水溶液中に浸漬する高分子としては、糖類、タンパク質などの天然高分子化合物、水酸基などの生体に親和性を有する固体の合成高分子化合物であれば使用可能であって、具体的には、ポリビニルアルコール（商品名：ポバール、クラレ社製）、ポリビニルアセテート、コラーゲン、キチン、キトサンなどが挙げられる。また、その形状としては、溶液中で表面に結晶体が結合する形態であれば良く、例えば、フィルムなどの板状物、棒状物、角状物、円筒状物、球状物などが挙げられる。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１
平均分子量約２０００のポリアクリル酸（ＰＡＡ）を高分子電解質として用いて、１つのビーカーには、塩化カルシウム１０ｍＭとＰＡＡ０．１３９ｍＭの濃度とした水溶液１００ｍｌを用意した。また、他のビーカーには、リン酸水素二アンモニウム６ｍＭとＰＡＡ０．１３９ｍＭの濃度とした水溶液１００ｍｌを用意した。
次に、ガラスビーカーに上記の両液を混合し、ＨＡＰの溶解した透明溶液２００ｍｌを調製した。この溶液のpHは６．８６であった。
【００１６】
次に、そのＨＡＰ溶液中にポリビニルアルコール（商品名：ポバール、クラレ社製）のフィルム（半径１ｃｍの円形板、厚さ５０μｍ）を浸漬し、３０℃に保持して静置すると、ポバールフィルムの全表面にＨＡＰの薄膜が形成された。そのＨＡＰ溶液は１０日毎に更新してフィルムの浸漬を連続的に行い、７週間でＰＶＡとＨＡＰの結合体を得た。 
得られた結合体の重量を測定したところ、この結合体は、フィルムの重量に対し、裏表合わせて全体で２６．５ｍｇの重量増加があった。また、これを超音波洗浄機に１５分間掛けても析出したＨＡＰ層は脱落することなく、フィルムと強固に接合していることを確認した。
【００１７】
図１は、ポバール（ＰＶＡ）フィルムにＨＡＰ層の析出した結合体表面を光学顕微鏡で撮影した写真画像である。図１によると、同心円状に析出構造が成長し、直径約３００μｍのドメインを形成していることがわかる。また、図２は、ＰＶＡフィルム表面の析出物のＸ線回折図を示す。その比較対象としてＨＡＰのピーク強度の文献値*ａ)を合わせて示した。これにより析出物はＨＡＰの結晶構造であり、かつその他の構造を採る不純物は析出していないことが明らかであった。また、図３は、ＰＶＡフィルムとＨＡＰ結合体のＳＥＭにより撮影したフィルムの断面写真である。これによると、フィルム膜の両側に約１０μｍのＨＡＰ層が形成されていることがわかる。
*ａ)  de Wolff, P., Technisch Physische Dienst, Delft, The Netherlands, ICDD Grant-in-Aid
【００１８】
また、ＨＡＰは、時折その結晶格子を維持したままカルシウムが脱落する（カルシウム欠損型ＨＡＰ）。そこで析出物中のカルシウムとリンのＩＣＰ発光分析を行いその存在比を定量したところ、Ｃａ／Ｐの存在比は１．６７であり、ＨＡＰの値と一致した。これにより溶液中のＣａとＰの比も一定に保たれておりＨＡＰは連続的に安定して析出していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明により得られた結合体は、予め任意の形態に付与された固体状の高分子の表面上に強固に結合したＨＡＰを形成しているので、人工骨などの生体材料或いは骨芽細胞培養用のプレートなどに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明により得られたポバール（ＰＶＡ）フィルム／ＨＡＰ結合体に光照射して得られた反射光による画像の表面写真である。
【図２】本発明により得られたＨＡＰのＸ線回折結果である。
【図３】ポバール（ＰＶＡ）フィルムとＨＡＰ結合体のＳＥＭにより撮影したフィルムの断面写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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